Des variations dans une population
Une population est l'ensemble des individus d'une même espèce vivant dans un même lieu. Ces individus ne sont jamais identiques : taille, couleur, résistance à une maladie. Ces différences sont des variations. Certaines sont héréditaires : elles dépendent des gènes transmis par les parents. Un gène existe sous plusieurs versions appelées allèles. Les allèles nouveaux apparaissent par des mutations, des modifications rares et aléatoires de l'ADN.
D'autres variations, comme des muscles développés par l'entraînement, ne sont pas transmises aux enfants.
La fréquence d'un caractère
La fréquence d'un caractère est la proportion d'individus qui le portent dans la population. Si 30 individus sur 100 ont un pelage sombre, la fréquence du caractère « sombre » est de 30 %. On calcule : nombre d'individus concernés ÷ effectif total × 100.
Le mécanisme de la sélection naturelle
La sélection naturelle se déroule en plusieurs étapes.
- Les individus d'une population présentent des variations héréditaires.
- Le milieu impose des contraintes : prédateurs, maladies, climat, nourriture limitée. Tous les individus ne survivent pas ou ne se reproduisent pas de la même façon.
- Les individus dont le caractère est avantageux dans ce milieu laissent en moyenne plus de descendants.
- Leurs allèles sont donc transmis plus souvent : à la génération suivante, la fréquence de ce caractère augmente.
Un caractère n'est avantageux que dans un milieu donné. Si le milieu change, l'avantage peut disparaître ou s'inverser.
Un exemple : la phalène du bouleau
La phalène du bouleau est un papillon de nuit qui se pose le jour sur les troncs d'arbres, où des oiseaux le chassent à vue. Il existe une forme claire et une forme sombre, déterminées génétiquement. En Angleterre, avant l'industrialisation, les troncs couverts de lichens clairs camouflaient bien les phalènes claires, et les sombres étaient rares. Avec la pollution des usines, la suie a noirci les troncs et fait disparaître les lichens. Les phalènes claires sont devenues très visibles et plus souvent mangées, alors que les sombres, camouflées, survivaient et se reproduisaient davantage. Dans certaines régions industrielles, la forme sombre est devenue très majoritaire en quelques dizaines d'années. Quand la pollution a diminué, la forme claire a de nouveau progressé.
Un piège à éviter
On lit souvent que les phalènes « se sont adaptées » en devenant noires, ou que la suie a « fabriqué » des phalènes sombres. C'est faux. La forme sombre existait déjà, rare, avant la pollution. Le milieu n'a pas créé la variation : il a seulement trié celles qui existaient. Une mutation ne se produit pas parce que le milieu en aurait « besoin ». De plus, un individu ne change pas de couleur sous l'effet de la sélection : c'est la composition de la population qui change, de génération en génération. Enfin, « le mieux adapté » ne signifie pas « le plus fort », mais celui qui laisse le plus de descendants capables de se reproduire.
Exercice 1 : Une population de phalènes
Données pédagogiques simplifiées. On suit une population de 200 phalènes dans une forêt dont les troncs noircissent progressivement.
| Génération | Phalènes claires | Phalènes sombres |
|---|---|---|
| 1 | 180 | 20 |
| 2 | 150 | 50 |
| 3 | 100 | 100 |
- Calcule la fréquence des phalènes sombres à la génération 1, puis à la génération 3.
- Décris l'évolution observée.
- Explique cette évolution en utilisant le rôle des oiseaux prédateurs.
Exercice 2 : Des insectes face à un insecticide
Données pédagogiques simplifiées. Un champ abrite 1 000 insectes, dont 20 portent un allèle de résistance à un insecticide. Après un traitement, il reste 20 insectes résistants et 49 insectes sensibles. Les survivants se reproduisent.
- Calcule la fréquence des insectes résistants avant le traitement.
- Calcule-la après le traitement, en pourcentage arrondi à l'unité.
- Un agriculteur affirme : « les insectes se sont habitués à l'insecticide ». Explique pourquoi cette phrase est inexacte.
- Prévois l'évolution de cette fréquence si le même traitement est répété à chaque génération.
Exercice 3 : Une simulation avec du papier
Données pédagogiques simplifiées. On découpe 20 petits carrés de papier jaune et 20 carrés verts, éparpillés sur une grande feuille verte. Un élève joue le prédateur et ramasse en 10 secondes les 10 carrés qu'il repère en premier : il prend 8 carrés jaunes et 2 carrés verts. Chaque carré restant est ensuite remplacé par deux carrés de même couleur, pour représenter la reproduction.
- Combien de carrés de chaque couleur restent avant la reproduction ?
- Calcule la fréquence des carrés jaunes après la reproduction.
- Que se passerait-il avec la même expérience sur une feuille jaune ?
- Indique une limite de ce modèle par rapport à la nature.
Correction complète
Exercice 1 : correction
1. Fréquence = effectif ÷ total × 100. Génération 1 : 20 ÷ 200 × 100 = 10 %. Génération 3 : 100 ÷ 200 × 100 = 50 %.
2. La fréquence des sombres passe de 10 % à 50 % (25 % à la génération 2), celle des claires de 90 % à 50 %. Une forme remplace progressivement l'autre.
3. Sur des troncs noircis, les claires, très visibles, sont plus mangées par les oiseaux. Les sombres, camouflées, survivent mieux et ont plus de descendants, qui héritent de leur allèle. Sa fréquence augmente. Aucune phalène n'a changé de couleur : c'est la population qui change.
Exercice 2 : correction
1. 20 ÷ 1 000 × 100 = 2 %.
2. Il reste 20 + 49 = 69 survivants. 20 ÷ 69 × 100 ≈ 29 %. La fréquence des résistants a été multipliée par plus de 14.
3. L'allèle de résistance existait avant le traitement, chez 2 % des insectes. L'insecticide ne l'a pas créé : il a éliminé surtout les sensibles. Aucun insecte ne s'est habitué : les résistants ont survécu et se sont reproduits davantage.
4. À chaque traitement, les sensibles sont de nouveau éliminés en majorité. La fréquence des résistants continue d'augmenter et ils peuvent devenir la grande majorité, ce qui rend le traitement inefficace.
Exercice 3 : correction
1. Jaunes : 20 − 8 = 12. Verts : 20 − 2 = 18. Il reste 30 carrés.
2. Chaque carré est remplacé par deux : 24 jaunes et 36 verts, soit 60 carrés. 24 ÷ 60 × 100 = 40 %, contre 50 % au départ.
3. Sur une feuille jaune, les carrés jaunes seraient camouflés et les verts repérés plus vite. La fréquence des jaunes augmenterait : l'avantage dépend du milieu.
4. Dans la nature, les caractères sont portés par des allèles et la reproduction peut produire de nouvelles variations par mutation, alors qu'ici les copies sont identiques. Un prédateur réel ne choisit pas non plus au hasard parmi tous les individus.